TWI735371B - 螢光檢測系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種螢光檢測系統，在照射至一待測物的一光傳輸路徑上提供可選擇的一激發光，包含：一驅動模組、一光源模組、一第一光學模組及一第二光學模組，該驅動模組包括相互平行的一第一軸桿及一第二軸桿，該光源模組固定在該第一軸桿，該第一光學模組及該第二光學模組固定在該第二軸桿，該驅動模組藉由一驅動動作可同時轉動該光源模組、該第一光學模組及該第二光學模組，以在該光傳輸路徑上藉由機構的設計快速地設定出對應該待測物的光源、濾鏡及分光模組的一組合，也減少檢測系統的體積與降低了成本。

Description

螢光檢測系統
本發明係關於一種光檢測系統，更特別的是關於一種螢光檢測系統。
在螢光檢測的設備上，一般將設備中的光學系統區分為照明組件及取像組件。照明組件包含光源模組、激發濾鏡模組、光束整形透鏡模組、分光鏡模組、反射鏡、場鏡等。取像組件包含相機、鏡頭、 輻射濾鏡模組和場鏡等。
在檢測作為待測物的不同螢光物質時，通常會根據螢光物質的吸收波段與輻射波段而使用不同的激發光源、激發濾鏡、輻射濾鏡以及分色分光鏡等，因此需要有可進行切換的裝置。
一般的切換裝置皆是對各個模組或鏡片進行個別調控，導致需要多個馬達的配置，增加了設備的體積以及建置成本。此外，藉由多個電控訊號的控制也容易產生同步性不佳的風險以及導致切換速度較慢的問題。
本發明之一目的在於提高螢光檢測系統在切換激發光時的效率。
本發明之另一目的在於減少螢光檢測系統的體積與降低螢光檢測系統的成本。
為達上述目的及其他目的，本發明提出一種螢光檢測系統，在照射至一待測物的一光傳輸路徑上提供可選擇的一激發光，包含：一驅動模組、一光源模組、一第一光學模組及一第二光學模組。該驅動模組包括一第一軸桿、平行該第一軸桿的一第二軸桿、固定於該第一軸桿一端的一第一樞接件、固定於該第二軸桿一端的一第二樞接件、一馬達及樞接該第一樞接件、該第二樞接件與該馬達的一連動帶，該馬達藉由該連動帶驅動該第一軸桿及該第二軸桿的同步旋轉。該光源模組包括複數光源及固定於該第一軸桿的另一端的第一反射元件，該第一反射元件隨該第一軸桿的旋轉而改變其反射面所對應的光源，提供對應光源的該激發光至該光傳輸路徑。該第一光學模組包括一第一固定座及固定於該第一固定座上的複數濾鏡，該第一固定座係藉由中間部位的一第一通孔固定在該第二軸桿上，該等濾鏡環設於該第一通孔周圍。該第二光學模組包括一第二固定座、固定於該第二固定座上的複數分光模組，該第二固定座係藉由中間部位的一第二通孔固定在該第二軸桿上，該等分光模組環設於該第二通孔周圍。其中，該等光源、該等濾鏡及該等分光模組中的各一個係被依序配置於該光傳輸路徑上，並隨該連動帶的驅動而同步進行切換。
於本發明之一實施例中，該馬達的一端可具有連接至軸心的一第三樞接件，該連動帶樞接該第三樞接件。
於本發明之一實施例中，該第一樞接件、該第二樞接件及該第三樞接件的表面可具有一嚙合結構，該嚙合結構係匹配該連動帶所樞接的該第一樞接件、該第二樞接件及該第三樞接件的樞接面。
於本發明之一實施例中，各該樞接件可為齒輪，該馬達可為線性馬達。
於本發明之一實施例中，各該分光模組可具有一螢光濾鏡及一分光鏡，自該第一光學模組傳遞而出的該激發光係僅通過該分光模組中的該分光鏡。
於本發明之一實施例中，包含一第三光學模組。該第三光學模組可用於接收自該第二光學模組的該分光鏡傳遞而出的該激發光，並使該激發光被導引為照射該待測物。
於本發明之一實施例中，該待測物受該激發光照射後所發出的一螢光可在經過該第三光學模組後，依循反向的該光傳輸路徑而依序通過該分光鏡及該螢光濾鏡，其中該分光鏡係使該激發光通過以及使該螢光反射至該螢光濾鏡。
於本發明之一實施例中，於該第二光學模組的後端可設有一取像裝置，使經過該螢光濾鏡的該螢光入射至該取像裝置。
於本發明之一實施例中，該馬達可耦接一控制器，該控制器基於該待測物的屬性的設定，對應地使該第一軸桿及該第二軸桿轉動，進而在該光傳輸路徑上設定出對應該待測物的該光源、該濾鏡及該分光模組的一組合。
據此，本發明揭露的螢光檢測系統可以使光源、濾鏡及分光模組同步進行轉動進而達到同步切換的效果。此外，採用二軸桿搭配樞接件的配置設計亦能減少檢測系統的體積，僅需使用單一馬達亦降低了成本。同時，基於同步的轉動動作，檢測系統的設定時間可被縮短，同步性亦可有效地提高。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
於本文中，所描述之用語「一」或「一個」來描述單元、元件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域等。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個或至少一個，且單數也同時包括複數。
於本文中，所描述之用語「包含、包括、具有」或其他任何類似用語意係非僅限於本文所列出的此等要件而已，而是可包括未明確列出但卻是所述單元、元件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域通常固有的其他要件。
於本文中，所描述之「第一」或「第二」等類似序數之詞語，係用以區分或指關聯於相同或類似的元件或結構，且不必然隱含此等單元、元件、結構、裝置、模組、系統、部位或區域在空間上的順序。應了解的是，在某些情況或配置下，序數詞語係可交換使用而不影響本發明之實施。
請參照圖1，本發明一實施例中的螢光檢測系統功能方塊圖。螢光檢測系統可藉由控制器100對驅動模組200進行控制，以進行螢光檢測的程序。該控制器100與該驅動模組200間可藉由實體的訊號線路SL進行耦接，然而，亦可透過無線訊號的方式進行傳輸。該控制器100例如為電腦或其他可控制的電子裝置。
該驅動模組200與該光源模組300、第一光學模組400及第二光學模組500間則可透過機械結構進行連接。於此實施例中，該驅動模組200與該光源模組300間藉由第一桿模組ML1連接，該驅動模組200與該第一光學模組400及該第二光學模組500間藉由第二桿模組ML2連接。區分為兩個桿模組來分別進行連接，亦有助於同步驅動的控制以及降低光傳輸路徑建立的複雜度。所述的桿模組是藉由桿及其相關聯的組件結構來組成驅動關係，例如：桿模組包括樞接件、連動帶及軸桿等組件(後續可參照圖4及圖5的示例)。
接著請同時參照圖2及圖3，圖2為本發明一實施例中之螢光檢測系統的激發光的光路徑示意圖；圖3為本發明一實施例中之螢光檢測系統的螢光的光路徑示意圖。圖2係顯示用來對待測物DUT進行刺激的激發光光路徑，圖3係顯示該待測物DUT受激發後所產生之螢光的光路徑。為便於說明，圖2及圖3中所繪示的光路徑僅以一條光路徑作為代表。
在第一軸桿211的一端固定有第一反射元件320，在該第一軸桿211的相對端則固定有第一樞接件221。基於該第一軸桿211藉由該第一樞接件221的被驅動而可呈現出的旋轉狀態，該第一反射元件320可同步地旋轉而對應不同的受反射對象(光源)。在該第一反射元件320的周圍固定有複數光源310，當該第一反射元件320被旋轉至對應某一光源310時，即可令對應的該光源310所發出的激發光EB被提供至光傳輸路徑中，進而可呈現出一條如圖2所示之激發光EB的光路徑。其中，該光源模組300包括該等光源310與該第一反射元件320。
在第二軸桿212上依序固定有第一光學模組400及第二光學模組500。在第二軸桿212上相反於該第一光學模組400及該第二光學模組500的一端則固定有第二樞接件222。基於該第二軸桿212藉由該第二樞接件222的被驅動而可呈現出的旋轉狀態，該第一光學模組400及該第二光學模組500可同步地旋轉而讓激發光EB通過對應的光學組件。
該第一光學模組400包括第一固定座410及固定於該第一固定座410上的複數濾鏡420，該第一固定座410係藉由配置於中間部位的第一通孔430來固定至該第二軸桿212。該等濾鏡420環設於該第一通孔430周圍，進而可隨著該第二軸桿212的轉動而讓激發光EB通過對應的該濾鏡420。該濾鏡420例如是僅能使特定波段之光線通過的過濾器，可令激發光EB更加精確地匹配至該待測物DUT所需的波段。
該第二光學模組500包括第二固定座510、固定於該第二固定座510上的複數分光模組520。該第二固定座510藉由配置於中間部位的第二通孔530來固定至該第二軸桿212。該等分光模組520環設於該第二通孔530周圍，進而可隨著該第二軸桿212的轉動而讓激發光EB通過對應的該分光模組520。
各該分光模組520具有一螢光濾鏡521及一分光鏡522。有關該分光鏡522，在兩相對側具有不同的穿透與反射的光學效果。如圖2所示，該分光鏡522可讓入射的激發光EB的絕大部分穿透該分光鏡522，僅可能有少部分反射；另一方面，則如圖3所示，可讓入射的螢光FB的絕大部分被反射而使光路徑產生轉折，進而入射至取像裝置700。有關該螢光濾鏡521。自該第一光學模組傳遞而出的該激發光係先通過該分光鏡。該分光鏡522例如可以是平板分光鏡。
該螢光濾鏡521的作用可阻擋入射光中不需要被檢測的波段，進而令檢測對象(待測物DUT)受激發後所發出的螢光得以被正確檢知。該分光鏡522係位於該激發光EB的光傳輸路徑上，該螢光濾鏡521則否，僅有被反射的該螢光FB能入射該螢光濾鏡521，換言之，自該第一光學模組400傳遞而出的該激發光EB係僅通過該分光模組520中的該分光鏡522。
第三光學模組600用於接收自該第二光學模組500的該分光鏡522所傳遞而出的該激發光EB，並使該激發光EB被導引為照射該待測物DUT。舉例來說，該第三光學模組600具有一反射鏡610及一透鏡620。該反射鏡610用於改變該激發光EB的光傳輸路徑而朝向該待測物DUT照射。該透鏡620可用於擴展該激發光EB的照射光束，進而在該待測物DUT上形成足夠的照射區域。
該待測物DUT所發出的該螢光FB在出射該第三光學模組600後，依循反向的光傳輸路徑而依序通過該分光鏡522及該螢光濾鏡521，再入射至該取像裝置700。據此，該分光鏡522可使該激發光EB穿透以及使該螢光FB反射至該螢光濾鏡521。
接著請同時參照圖4及圖5，圖4為本發明另一實施例中之螢光檢測系統於第一視角下的立體圖；圖5為圖4實施例中之螢光檢測系統於第二視角下的立體圖。圖4及圖5是利用圖2及圖3實施例中所示例的各構件，進一步形成另一實施例中之螢光檢測系統內各構件的空間位置關係，並以立體視角呈現，其中，該待測物DUT及其餘之機架結構係省略。
該驅動模組200中，該馬達240之一端與軸心連接的第三樞接件223，可透過連動帶230將該馬達240所輸出的旋轉動力傳遞至該第一樞接件221與該第二樞接件222，進而帶動該第一軸桿211與該第二軸桿212的旋轉。該第一樞接件221、該第二樞接件222及該第三樞接件223的表面可如圖4及圖5所示的嚙合結構，該嚙合結構匹配該連動帶230所樞接的該第一樞接件221、該第二樞接件222及該第三樞接件223的樞接面。在一實施態樣中，各該樞接件221、222、223可為齒輪，該馬達240則為線性馬達。
該第一軸桿211的旋轉連動著該第一反射元件320，該第一反射元件320與各該光源310具有相匹配的位置關係，可將對應之該光源310的出射光線反射，進入該光傳輸路徑成為該激發光EB。因此，該第一軸桿211的旋轉可決定出該激發光EB的發光源(該光源310)。各該光源310各具有對應的波段，據此可選定該激發光EB的波段。
該第二軸桿212的旋轉則是連動著該第一光學模組400及該第二光學模組500。該第一光學模組400可令該激發光EB更加精確地匹配至該待測物DUT所需的波段。該第二光學模組500則主要用於處理自該待測物DUT所發出的該螢光FB。其中，在該激發光EB的光傳輸路徑上，可進一步配置用來調整光束的光束整形器BA1及BA2(如圖4及圖5的實施例)，以依據所需的條件來調整該激發光EB在光傳輸路徑上的擴束或聚焦等情況。
綜上所述，在光傳輸路徑上依序配置的該等光源的其中一個、該等濾鏡的其中一個及該等分光模組的其中一個，可藉由該第一軸桿211、該第二軸桿212及連動帶230的驅動下，同步進行光源的切換、濾鏡的切換及分光模組的切換，可以優化該驅動模組200在螢光檢測系統中所占用的空間、縮短前後距，同時藉由單一馬達240達到同步的驅動，使得檢測系統在光源配置設定的時間上可被縮短。此外，藉由三個樞接件及一連動帶的搭配，亦可讓轉動的同步性有效地提高。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
100:控制器 200:驅動模組 211:第一軸桿 212:第二軸桿 221:第一樞接件 222:第二樞接件 223:第三樞接件 230:連動帶 240:馬達 300:光源模組 310:光源 320:第一反射元件 400:第一光學模組 410:第一固定座 420:濾鏡 430:第一通孔 500:第二光學模組 510:第二固定座 520:分光模組 521:螢光濾鏡 522:分光鏡 530:第二通孔 600:第三光學模組 610:反射鏡 620:透鏡 700:取像裝置 BA1:光束整形器 BA2:光束整形器 DUT:待測物 EB:激發光的光路徑 FB:螢光的光路徑 ML1:第一桿模組 ML2:第二桿模組 SL:訊號線路
[圖1]為本發明一實施例中的螢光檢測系統功能方塊圖。 [圖2]為本發明一實施例中之螢光檢測系統的激發光的光路徑示意圖。 [圖3]為本發明一實施例中之螢光檢測系統的螢光的光路徑示意圖。 [圖4]為本發明另一實施例中之螢光檢測系統於第一視角下的立體圖。 [圖5]為圖4實施例中之螢光檢測系統於第二視角下的立體圖。
200:驅動模組
211:第一軸桿
212:第二軸桿
221:第一樞接件
222:第二樞接件
300:光源模組
310:光源
320:第一反射元件
400:第一光學模組
410:第一固定座
420:濾鏡
430:第一通孔
500:第二光學模組
510:第二固定座
520:分光模組
521:螢光濾鏡
522:分光鏡
530:第二通孔
600:第三光學模組
610:反射鏡
620:透鏡
700:取像裝置
DUT:待測物
EB:激發光的光路徑

Claims (9)

  1. 一種螢光檢測系統，係在照射至一待測物的一光傳輸路徑上提供可選擇的一激發光，包含： 一驅動模組，係包括一第一軸桿、平行該第一軸桿的一第二軸桿、固定於該第一軸桿一端的一第一樞接件、固定於該第二軸桿一端的一第二樞接件、一馬達及樞接該第一樞接件、該第二樞接件與該馬達的一連動帶，該馬達藉由該連動帶驅動該第一軸桿及該第二軸桿的同步旋轉； 一光源模組，係包括複數光源及固定於該第一軸桿的另一端的第一反射元件，該第一反射元件隨該第一軸桿的旋轉而改變其反射面所對應的光源，提供對應光源的該激發光至該光傳輸路徑； 一第一光學模組，係包括一第一固定座及固定於該第一固定座上的複數濾鏡，該第一固定座係藉由中間部位的一第一通孔固定在該第二軸桿上，該等濾鏡環設於該第一通孔周圍；及 一第二光學模組，係包括一第二固定座、固定於該第二固定座上的複數分光模組，該第二固定座係藉由中間部位的一第二通孔固定在該第二軸桿上，該等分光模組環設於該第二通孔周圍， 其中，該等光源、該等濾鏡及該等分光模組中的各一個係被依序配置於該光傳輸路徑上，並隨該連動帶的驅動而同步進行切換。
  2. 如請求項1所述之螢光檢測系統，其中該馬達的一端具有連接至軸心的一第三樞接件，該連動帶樞接該第三樞接件。
  3. 如請求項2所述之螢光檢測系統，其中該第一樞接件、該第二樞接件及該第三樞接件的表面係具有一嚙合結構，該嚙合結構係匹配該連動帶所樞接的該第一樞接件、該第二樞接件及該第三樞接件的樞接面。
  4. 如請求項3所述之螢光檢測系統，其中各該樞接件係為齒輪，該馬達係為線性馬達。
  5. 如請求項1所述之螢光檢測系統，其中各該分光模組係具有一螢光濾鏡及一分光鏡，自該第一光學模組傳遞而出的該激發光係僅通過該分光模組中的該分光鏡。
  6. 如請求項5所述之螢光檢測系統，其中包含一第三光學模組，係用於接收自該第二光學模組的該分光鏡傳遞而出的該激發光，並使該激發光被導引為照射該待測物。
  7. 如請求項6所述之螢光檢測系統，其中該待測物受該激發光照射後所發出的一螢光係在經過該第三光學模組後，依循反向的該光傳輸路徑而依序通過該分光鏡及該螢光濾鏡，其中該分光鏡係使該激發光通過以及使該螢光反射至該螢光濾鏡。
  8. 如請求項7所述之螢光檢測系統，其中於該第二光學模組的後端設有一取像裝置，使經過該螢光濾鏡的該螢光入射至該取像裝置。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之螢光檢測系統，其中該馬達係耦接一控制器，該控制器基於該待測物的屬性的設定，對應地使該第一軸桿及該第二軸桿轉動，進而在該光傳輸路徑上設定出對應該待測物的該光源、該濾鏡及該分光模組的一組合。
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